平安時代の法令集である『延喜式』には、仁徳天皇の陵は「百舌鳥耳原中陵」という名前で和泉国大鳥郡にあり、「兆域東西八町。南北八町。陵戸五烟。」と記述されている。なお、「兆域東西八町。南北八町。」という敷地が他の陵墓と比較すると群を抜いて広大であることから、ここに記される「百舌鳥耳原中陵」が当古墳を指していることは間違いないと考えられる。「中陵」というのは、この古墳の北と南にも大古墳があるからで、北側は反正陵、南側は履中陵であると記されている。
『古事記』では、オオサザキ（仁徳天皇）は83歳で崩御したといい、毛受之耳原（もずのみみはら）に陵墓があるとされる。『日本書紀』には、仁徳天皇は87年（399年）正月に崩御し、同年10月に百舌鳥野陵（もずののみささぎ）に葬られたとある。
後円部はもっとも重要な人物が埋葬されるが、江戸時代には埋葬施設の一部が露出していた。江戸中期の1757年（宝暦7年）に書かれた「全堺詳志」には長さ318cm幅167㎝の巨大な長持型石棺が認められ、しかも盗掘されている旨が書かれている。前方部正面の二段目の斜面からも竪穴式石室が見つかっている。1872年（明治5年）に、風雨によって前方部前面の斜面が崩壊して埋葬施設が露出した。その際の発掘調査で石室と石棺が掘り出されている。残された絵図面によれば、その埋葬施設は長持形石棺を納めた竪穴式石槨で、東西に長さ3.6～3.9メートル、南北に幅2.4メートル。周りの壁は丸石（河原石）を積み上げ、その上を3枚の天上石で覆っている。
最近の発掘調査によると、前方後円墳の築造時には墳丘の斜面は葺石で覆われ墳頂部には円筒埴輪が並べられていたとされ、五色塚古墳などそのような外観で復元される古墳が多い。大仙陵古墳では明治維新の直前から現在まで研究者などの立ち入りが全く認められていないため外表施設について正確な情報はないが、上記の三重濠掘削の際に出土したと言われる女子人物頭部や馬の頭（以上宮内庁所蔵）や、東側の造出しから多数の大甕の破片が出土したとされる。また江戸時代には住民の立ち入りが認められていたため、この付近の庄屋であった南家の1795年の文書には「素焼ノ水瓶」（埴輪）が並んでいたことや「コロタ石」（葺石）が多いことが記されている。
前方部を南に向けた前方後円墳で、前方部と後円部のつなぎ目のくびれ部には左右に造出しを設けている。墳丘は3段からなるが墳丘には多くの谷があり、宮内庁所蔵の実測図でも墳丘の等高線の乱れが著しい。この谷の成因については自然崩壊のほかに墳丘が未完成だったという説も提起されている。現在墳丘は三重の周濠で囲まれているが、江戸時代の元禄年間に当時の堺奉行所の指示で最外部の濠は一部を除いて畑地に開墾され、ほぼ二重濠のような見かけになっていた。江戸時代の絵図『舳松領絵図 上』に三重目の濠の南西角周辺が残存した姿が描かれており、また残存部以外でも農地の地割に濠の痕跡が認められるため、濠はもとは三重であったと考えられる。現在の三重目の濠は埋没部分を1896年（明治29年）に掘り直し、復元されたものである。明治政府によって行われた再掘削工事によって濠が築造時通りに復元されたかは疑問が残る。
『記紀』『延喜式』などの記述によれば、百舌鳥の地には仁徳天皇、反正天皇、履中天皇の3陵が築造されたことになっている。しかし、それぞれの3陵として現在宮内庁が治定している古墳は、考古学的には履中天皇陵（上石津ミサンザイ古墳）→仁徳天皇陵（大仙陵古墳）→反正天皇陵（田出井山古墳）の順で築造されたと想定されており、大きく矛盾が生じている。このことから、百舌鳥の巨大古墳の中で最も古く位置づけられる伝履中天皇陵を伝仁徳天皇陵にあてる見解もある。しかし、この場合は後述する『延喜式』の記述と大きく食い違うことになる。
採集されている円筒埴輪や須恵器の特徴から5世紀前半から半ばに築造されたものと考えられている。前方部埋葬施設の副葬品は5世紀後期のものと考えられるが、前方部に存在する副次的な埋葬施設の年代として問題ないとされる。
苫前はもともと「とままい」と読んだ。江戸時代の苫前郡域は西蝦夷地に属し、慶長年間ころから松前藩によって北海道本島部分はトママイ場所が開かれ、またテウレ（天売島）とヤンケシリ（焼尻島）はテシホ場所に含まれていた。天明6年には苫前神社が創建されている。陸上交通は、南の増毛･留萌方面や北の天塩郡および北見国宗谷郡方面へは沿岸部を陸路で通行でき、特に文化年間以降、留萌場所などに馬を配置する際は北見国経由で送られていた。江戸時代後期になると文化元年には天売の厳島神社と焼尻の弁天社（後の厳島神社）がそれぞれ創建され、文化4年南下政策を強力に進めるロシアの脅威に備え苫前郡域は天領とされた。また、文政年間に稲荷神社が創建。文政4年には一旦松前藩領に復したものの、安政2年再び天領となり庄内藩が苫前に出張陣屋を築き警固を行い、同6年以降、6藩分領により庄内藩領となっていた。戊辰戦争（箱館戦争）終結直後の1869年、大宝律令の国郡里制を踏襲して苫前郡が置かれた。